某廠立磨液壓站頻繁啟動(dòng)問題的分析與處理

周東海（南京西普水泥工程集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

立磨是一種大型粉磨設(shè)備，集破碎、干燥、粉磨、分級(jí)、輸送于一體，是一種高效率的粉磨設(shè)備，廣泛應(yīng)用于水泥、電力、冶金、化工、非金屬礦等行業(yè)。它采用料床粉磨原理，一般使用液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力源在磨輥和磨盤之間形成較大的粉磨壓力，完成物料的粉碎、粉磨。某水泥廠現(xiàn)場(chǎng)巡檢工人反映，該廠立磨加壓油站近一段時(shí)間啟動(dòng)頻繁，油站房?jī)?nèi)噪音較大，影響油泵的使用壽命。針對(duì)此問題，本文在介紹立磨液壓缸壓力變化控制原理的基礎(chǔ)上，提出解決方法。

1 立磨粉磨單元介紹

立磨粉磨單元具有不同種形式，但一般由磨盤、磨輥、搖臂（或壓力框架）、液壓張緊裝置（包括液壓缸、有桿腔蓄能器、無桿腔蓄能器、液壓管路及液壓站等）等組成。磨輥的工作載荷是靠液壓張緊裝置施加的，液壓缸產(chǎn)生的拉力通過搖臂傳到磨輥上，在磨輥和磨盤之間形成工作壓力，見圖1。

圖1 立磨粉磨單元示意圖

立磨進(jìn)行粉磨工作時(shí)，液壓站通過管路向液壓缸和蓄能器供油，液壓缸活塞在有桿腔壓力和無桿腔壓力共同作用下向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)搖臂圍繞搖臂旋轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，磨輥在搖臂作用下也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使磨盤和磨輥之間的料層厚度變小，對(duì)物料形成擠壓力。磨盤上的料層厚度變化，也會(huì)推動(dòng)磨輥位置變化：料層變薄，磨輥順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，液壓缸向下運(yùn)動(dòng)，有桿腔體積增大，壓力下降，無桿腔體積縮小，壓力升高；料層變厚，磨輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，有桿腔體積縮小，壓力上升，無桿腔體積增大，壓力下降，在此過程中，管路上設(shè)置的蓄能器可以吸收或釋放液壓油以減小液壓缸內(nèi)壓力的變化量，保持料層所受粉磨力的穩(wěn)定。

2 立磨液壓缸壓力變化控制原理

立磨在正常生產(chǎn)時(shí)，由于料層的變化、管路泄漏或液壓缸內(nèi)泄漏都會(huì)導(dǎo)致有桿腔和無桿腔的壓力發(fā)生變化，為了保證物料在磨盤上受到穩(wěn)定的粉磨壓力，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)壓力變化的大小進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。一般有桿腔壓力有3個(gè)值：正常工作時(shí)的有桿腔工作壓力P有，有桿腔最大工作壓力P有max，有桿腔最小工作壓力P有min；無桿腔壓力也有3個(gè)值：正常工作時(shí)的無桿腔工作壓力P無，無桿腔最大工作壓力P無max，無桿腔最小工作壓力P無min。圖2為立磨在生產(chǎn)時(shí)一個(gè)開機(jī)周期內(nèi)正常的有桿腔和無桿腔的壓力變化，且假設(shè)開磨前有桿腔和無桿腔都沒有壓力，其中P抬為立磨的抬輥壓力。

圖2 立磨在生產(chǎn)時(shí)一個(gè)開機(jī)周期內(nèi)正常的有桿腔和無桿腔的壓力變化

圖2中，線段組am為有桿腔的壓力變化，線段組a’m’為無桿腔的壓力變化；Ⅰ時(shí)間段為立磨啟磨前抬輥階段，Ⅱ時(shí)間段為立磨維持抬輥階段，Ⅲ時(shí)間段為立磨落輥階段，Ⅳ時(shí)間段為立磨維持生產(chǎn)階段，Ⅴ時(shí)間段為立磨停機(jī)抬輥階段，Ⅵ時(shí)間段為立磨維持抬輥階段。

（1）在Ⅰ時(shí)間段內(nèi)，液壓站向無桿腔補(bǔ)壓，直到所有磨輥達(dá)到指定位置停止，無桿腔壓力達(dá)到P抬，此階段有桿腔不需要加壓，維持為0；

（2）在Ⅱ時(shí)間段內(nèi)，液壓站不動(dòng)作，無桿腔壓力維持為P抬，無桿腔壓力維持為0，在此階段完成粉磨系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備開啟；

（3）在Ⅲ時(shí)間段內(nèi)，有桿腔開始加壓，液壓缸活塞在有桿腔壓力作用下向下運(yùn)動(dòng)，無桿腔在活塞作用下體積收縮，壓力增大，當(dāng)壓力增加到P無max時(shí)，無桿腔進(jìn)行泄壓，當(dāng)壓力到達(dá)P無時(shí)泄壓停止，無桿腔在活塞的作用下再次增壓，不斷重復(fù)該動(dòng)作直至有桿腔壓力達(dá)到P有時(shí)停止，完成落輥動(dòng)作，液壓站停機(jī)，系統(tǒng)壓力通過蓄能器的變化維持生產(chǎn)。

（4）在Ⅳ時(shí)間段內(nèi)，由于物料或工藝參數(shù)的變化，有桿腔和無桿腔的壓力會(huì)產(chǎn)生一定的變化，當(dāng)此變化達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)作對(duì)有桿腔和無桿腔的壓力進(jìn)行調(diào)整，以保持立磨對(duì)物料施加相對(duì)穩(wěn)定的粉磨力。如：對(duì)于有桿腔壓力，d—e階段有桿腔壓力雖有波動(dòng)但沒有達(dá)到設(shè)定值，控制系統(tǒng)不動(dòng)作，e—f階段，由于料層變厚，磨輥被料層頂起，液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，有桿腔壓力不斷升高直至到達(dá)f點(diǎn)的P有max，到達(dá)f點(diǎn)后控制系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)作，f—g階段有桿腔進(jìn)行泄壓，直至壓力達(dá)到P有，停止泄壓，進(jìn)入g—h階段的小幅波動(dòng)，在h—i階段，由于料層變薄，磨輥隨料層下落，液壓缸向下運(yùn)動(dòng)，有桿腔壓力不斷下降直至到達(dá)i點(diǎn)的P有min（或者由于液壓缸內(nèi)泄漏導(dǎo)致有桿腔壓力不斷下降直至到達(dá)i點(diǎn)的P有min，），到達(dá)i點(diǎn)后控制系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)作，i—j階段有桿腔進(jìn)行補(bǔ)，直至壓力達(dá)到P有，停止補(bǔ)壓，進(jìn)入j—k階段的小幅波動(dòng)；

對(duì)于無桿腔壓力，d’—e’階段無桿腔壓力雖有波動(dòng)但沒有達(dá)到設(shè)定值，控制系統(tǒng)不動(dòng)作，e’—f’階段無桿腔壓力不斷升高直至到達(dá)f’點(diǎn)的P無max（或者由于液壓缸內(nèi)泄漏導(dǎo)致無桿腔壓力不斷上升直至到達(dá)f’點(diǎn)的P無max），到達(dá)f’點(diǎn)后控制系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)作，f’—g’階段無桿腔進(jìn)行泄壓，直至壓力達(dá)到P無，停止泄壓，進(jìn)入g’—h’階段的小幅波動(dòng)，在h’—i’階段，無桿腔壓力不斷下降直至到達(dá)i’點(diǎn)的P無min，到達(dá)i’點(diǎn)后控制系統(tǒng)將產(chǎn)生動(dòng)作，i’—j’階段無桿腔進(jìn)行補(bǔ)，直至壓力達(dá)到P無，停止補(bǔ)壓，進(jìn)入j’—k’階段的小幅波動(dòng)；

（5）在Ⅴ時(shí)間段，有桿腔壓力不斷下降直至為0，無桿腔壓力補(bǔ)壓至P抬。

（6）在Ⅵ時(shí)間段，有桿腔壓力維持為0狀態(tài)，無桿腔壓力維持為P抬。

有上述可知，在正常生產(chǎn)時(shí)，只有有桿腔壓力達(dá)到P有min和無桿腔壓力達(dá)到P無min時(shí)，觸發(fā)補(bǔ)壓條件液壓站才會(huì)啟動(dòng)補(bǔ)壓。當(dāng)立磨液壓系統(tǒng)發(fā)生頻繁啟動(dòng)時(shí)，檢查出觸發(fā)補(bǔ)壓程序的原因并排除即可解決。

3 問題分析

根據(jù)立磨液壓系統(tǒng)的工作原理，立磨加壓油站在生產(chǎn)中運(yùn)行，主要是為液壓缸進(jìn)行補(bǔ)壓，且為有桿腔進(jìn)行補(bǔ)壓占有更大的比例，而有桿腔壓力下降主要是由于管路泄露或液壓缸活塞內(nèi)泄漏引起。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查，立磨液壓管路正常，不存在泄露點(diǎn)，故懷疑加壓站運(yùn)行為液壓缸內(nèi)泄漏造成的。為了確認(rèn)哪只油缸產(chǎn)生泄露，對(duì)各油缸進(jìn)行保壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為4組液壓缸保壓性能良好，有桿腔幾乎沒有壓降產(chǎn)生。

為了進(jìn)一步查找油泵運(yùn)行的原因，調(diào)取了立磨運(yùn)行的中控參數(shù)，形成曲線組以方便分析。此立磨為4輥立磨，有桿腔分為兩組，無桿腔為一組。故做曲線組時(shí)選取的變量包括：一組油壓（第一組張緊有桿腔油壓），二組油壓（第二組張緊有桿腔油壓），張緊無桿腔壓力，油泵壓力（張緊出口壓力），料層厚度（磨輥限位），見圖3。

圖3 各組油壓及料層厚度曲線組

通過曲線組分析發(fā)現(xiàn)了問題，在圖3中，油泵開啟是由于二組油壓降低到P有min引起的補(bǔ)壓需求，而液壓管路和加壓缸都沒有泄露，二組油壓降低只能由控制系統(tǒng)主動(dòng)泄壓引起，進(jìn)一步觀察二組油壓在下降點(diǎn)之前的變化，發(fā)現(xiàn)立磨二組油壓在泄壓之前存在緩慢上升直至泄壓點(diǎn)的情況，結(jié)合料位的變化發(fā)現(xiàn)，二組油壓上升的時(shí)間內(nèi)，料位的數(shù)值也存在上升的情況，這樣就不難得出整個(gè)變化過程：立磨在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)維持穩(wěn)定，但某種工藝狀態(tài)的變化引起磨盤上料層增加，推動(dòng)磨輥向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)液壓缸向上運(yùn)動(dòng)，液壓缸有桿腔壓力不斷上升，當(dāng)壓力增加到設(shè)定的高限時(shí)，控制程序觸發(fā)了二組油壓泄壓條件，二組油壓開始泄壓，由于泄壓條件中存在延時(shí)條件，即泄壓一段時(shí)間后檢查壓力，若壓力達(dá)到控制值則停止泄壓，若壓力沒能達(dá)到控制值則再次泄壓，重復(fù)該動(dòng)作直至壓力達(dá)到控制值。

而從圖3中看出，二組油壓在進(jìn)行第一次泄壓時(shí)就將油壓下降到補(bǔ)壓油壓，控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)二組油壓過低，啟動(dòng)液壓站進(jìn)行補(bǔ)壓，當(dāng)二組油壓補(bǔ)充到設(shè)置值時(shí)，停止補(bǔ)壓，加壓系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。此種工況的產(chǎn)生說明控制系統(tǒng)一次泄壓產(chǎn)生的壓降過大，而這種情況的產(chǎn)生可能原因包括：蓄能器氮?dú)饽移茡p失效，蓄能器氮?dú)饽业念A(yù)充壓力偏高，P有max和P有min設(shè)置不合理，泄壓時(shí)間過長(zhǎng)等。

4 改進(jìn)措施及效果

通過現(xiàn)場(chǎng)檢查依次排除了蓄能器氮?dú)饽移茡p失效、蓄能器氮?dú)饽业念A(yù)充壓力偏高及P有max和P有min設(shè)置不合理等因素，只剩下泄壓時(shí)間過長(zhǎng)這一因素。電氣工程師將一次泄壓時(shí)間適當(dāng)調(diào)短，減小一次泄壓的油量，使泄壓后的油壓控制在P有附近。調(diào)整后的生產(chǎn)狀況表明此次修改有效的解決了液壓站的頻繁啟動(dòng)，減小了油站房?jī)?nèi)噪音，提高了油泵的使用壽命。